隨著電力電子與計算機技術(shù)的發(fā)展，使得變頻器的性能更趨完善。作為對交流電動機的一種控制方法，近年來在電氣傳動領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。在中、小高爐上料車的常規(guī)電氣傳動方式中，一般分為：交流和直流電動機傳動，比較常用的傳動方式為：三相交流繞線式異步電動機。幾年來在新建和改造的300M3以下高爐上料傳動系統(tǒng)中，應(yīng)用了變頻器。運行實踐證明：傳動系統(tǒng)的效率得到較大提高，滿足了生產(chǎn)工藝的需求。 　　 一、 常規(guī)電器電氣傳動系統(tǒng) 上料車采用三相交流繞線式異步電動機，繼電器——-接觸器控制方式，電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。該系統(tǒng)在運行過程中存在不足： 　?。?） 繼電器——-接觸器控制，元器件多，線路接點多，運行中故障率高，系統(tǒng)的運行正常受到影響。 　?。?） 轉(zhuǎn)子串電阻使得機械特性變軟，對負載的變化適應(yīng)性差。調(diào)速過程中消耗在轉(zhuǎn)子回路中的電能隨轉(zhuǎn)速的降低而增加，轉(zhuǎn)速俞低同時電機的效率俞差。減速時電機存在的再生發(fā)電效應(yīng)，對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。 　?。?） 起動加速時沖擊力較大且變化不均勻，造成傳動機械設(shè)備較大的沖擊，影響機械設(shè)備的使用壽命，嚴重時損壞機械設(shè)備，造成事故。 　?。?） 受供電電網(wǎng)波動影響，低于360 V 時，料車在料量較重的情況下啟動較困難，嚴重時甚至啟動不起來。 　?。?） 受裝置一定影響，其上料速度不可調(diào)整，較難適應(yīng)高爐工藝技術(shù)的需求。 　?。?） 由于上料車內(nèi)的物料重量變化較大，料車到達上、下位置停車點的行程不易調(diào)整，易出現(xiàn)沖過行程位置現(xiàn)象。 　　 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)固有的特性，已滿足不了高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的需求。上料車交流電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)用變頻器是解決上訴問題不足的有效途徑之一。 　　 二、變頻器控制交流電氣傳動系統(tǒng) 高爐上料車調(diào)速屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，需保持電動機電動勢與頻率成正比。變頻器的輸出特性：輸出電壓U與頻率F成正比。變頻器在基頻0 ～ f0之間（如圖一示）, 可基本視為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。即適應(yīng)上料車的調(diào)速性能。 （1）三相交流異步電動機 　　型號：YZR280M-8 功率： 75KW 　　電壓： 380V 　　頻率：50HZ 電流： 150 A 轉(zhuǎn)速： 720 轉(zhuǎn)/分 　　將轉(zhuǎn)子輸出端采用導線短接，以使用該類型電動機的高轉(zhuǎn)矩特性。 （2）變頻器的選擇 　　型號：ACS604-0140-3 （負載特性：重載） 　　技術(shù)參數(shù)： 　　 1、負載周期（2/15S）： I2hd 178 A 　　 I2hdmax 356 A 　　2、Shd 120 KVA 3、Phd 90 KW 　　4、Phd 125 HP 5、頻率分辨； 0.01 HZ 　　6、功率極限： 1.5 Phd 7、過流保護： 3.5 I2hd 　　8、弱磁點： 8～300 HZ；。 9、開關(guān)頻率： 3 KHZ 　　10、電機電纜推薦長度： 300 米。 　　11、輸入側(cè)電源保護： 快速熔斷路器。 　　12、軟件應(yīng)用： 標準工廠宏應(yīng)用程序。 （3）外部裝置與控制連接 　　 變頻器裝于具有密閉措施的GGD型柜體內(nèi)，按變頻器使用要求柜內(nèi)裝置排風扇通風冷卻。根據(jù)實際需求，選擇外部集中控制。系統(tǒng)為開環(huán)控制；變頻器控制端子輸入均為開關(guān)量，輸出主要為開關(guān)量控制、模擬量監(jiān)測。同時，部分開關(guān)量、模擬量送入高爐上料系統(tǒng)PLC以實現(xiàn)高爐上配料過程自動化。 　　 上料車在減速或外部機械制動器制動時，電動機產(chǎn)生再生回饋發(fā)電效應(yīng)。再生的電能通過變頻器內(nèi)部的半導體器件造成直流母線的電壓生高，快速生高的電壓靠變頻器的內(nèi)部阻容吸收回路已不能迅速抑制，若直流母線電壓超過過壓控制極限，變頻器過壓報警，嚴重時將損壞內(nèi)部功率器件。因此，外部加裝放電部件裝置以抑制變頻器內(nèi)直流母線的過電壓，保護變頻器。 （4）變頻器主要參數(shù)選擇 　　序號 參數(shù)組 參 數(shù) 選 擇 參 數(shù) 值 　　1 10.01 EXT1 STRT/STP/DIR DI1,2 　　2 .02 EXT2 STET/STP/DIR NOT SEL 　　3 12.01 CONST SPEED SEL SEL DI5,DI6 　　4 .02 CONST SPEED1 750 　　5 .03 CONST SPEED2 150 　　6 15.01 ANALOGUE OUTPUT1 SPEED 　　7 .03 MINIMUM A01 4 　　8 .06 ANALOGUE OUTPUT2 CURRENT 　　9 .08 INIMUM AO2 4 　　10 20.01 MINIMUM SPEED -750 　　11 .02 MAXIMUM SPEED +750 　　12 22.01 ACC/DEC 1/2 SEL ACC/DEC 1 　　13 .02 ACCELER TIME 1 5 　　14 .03 DECELER TIME 1 3 　　15 .04 ACCELER TIME 2 5 　　序號 參數(shù)組 參 數(shù) 選 擇 參 數(shù) 值 　　16 .05 DECELER TIME 2 3 　　17 30.01 AI　　18 .02 PANEL LOSS FAULT 　　19 .03 EXTERNAL FAULT NOT SEL 　　20 .04 MOT THERM PROT NO 　　21 .05 MOT THERM P MODE DTC 　　22 .06 MOTOR THERM TIME 5044.15 S 　　23 .07 MOTOR LOAD CURVE 100% 　　24 .08 ZERO SPEED LOAD 74% 　　25 .09 BREAK POINT 45 HZ 　　26 .10 STALL FUNCTION FAULT 　　27 .11 STALL FREQ HI 20 HZ 　　28 .12 STALL TIME 20 S 　　29 .13 UNDERLOAD FUNC NO 　　30 99.01 LANGUAGE ENGLISH 　　31 .02 APPLICATION WACRO FACTORY 　　32 .03 APPLIC RESTORE NO 　　33 .04 MOTOR CTRL MODE DTC 　　34 .05 MOTOR NOM VOLTAGE 380 V 　　35 .06 MOTOR NOM CLRRENT 150 A 　　36 .07 MOTOR NOM FREQ 50 HZ 　　37 .08 MOTOR NOM SPEED 720 rpm 　　38 .09 MOTOR NOM POWER 75 KW 　　39 .10 MOTOR NOM RUN NO 　　40 30.14 UNDERLOAD TIME 600 S 　　41 .15 UNDERLOAD CURVE 1 　　42 .16 MOTOR PHASE LOSS NO 　　43 .17 ERATH FAULT FAULT 　　44 .18 COMM FAULT FUNC FAULT 　　45 .19 MAIN REF DS T-OUT 3 S 　　46 .20 COMM FAULT RO/AO ZERO 　　47 .21 AUX REF DS T-OUT 3 S 　　 三、運行效果 變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的數(shù)據(jù)測定。 （1）數(shù)據(jù)比較　 　　名 稱 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 變頻器調(diào)速 （電源側(cè)） 　　 起 動 運 行 起 動 運 行 　　電 流 A 330 138 102 36 　　起動時間 S 12 5 　　停車速度 n/min 346 150 　　運行時間 S 25～29 19～22 　　注： ① 表中電流用DM6016數(shù)字電流表實測。 　　 ② 表中數(shù)據(jù)是在料車內(nèi)重物：2200 KG時實測。 （2）參數(shù)曲線對比 　　 ①料車速度：（圖示二） 　　 注：頻率上限：55HZ 　?、陔娏鳎?（圖示三） 　　上述實測變頻器電流數(shù)據(jù)為：變頻器的電源側(cè)。 （3）運行效果 　　1、上料車運行過程時間縮短，加快上料速度，滿足高爐的工藝要求。 　　2、上料車的無級調(diào)速，使其起動平穩(wěn)，加、減速過程中減少了設(shè)備的沖擊，延長了機械設(shè)備的使用壽命。 　　3、加、減速時間可調(diào)，使得料車在負載變化情況下，定位停車調(diào)整方便，提高運行的效率。 　　4、節(jié)省電能約30%左右，同時，起動電流的降低減少了對電網(wǎng)的沖擊影響。 　　5、變頻器的通訊接口與計算機連接，使得變頻器的運行參數(shù)、狀況得到監(jiān)控。 　　 四、 運行過程中問題的解決幾措施 （1）上料車運行中料鐘內(nèi)物料檢查的設(shè)置 上料車運送物料至爐頂料鐘室內(nèi)是按工藝技術(shù)要求：即按料制、周期循環(huán)進行的。爐頂小料鐘室內(nèi)容積有限，只允許存放一車物料，否則將造成爐頂下料機械設(shè)備損壞。為防止兩車物料同時放入小料鐘室內(nèi)。上料車在運行至爐頂?shù)倪^程中，系統(tǒng)PLC發(fā)出檢查指令：（此點稱：料鐘檢查點）判斷料鐘室內(nèi)的物料是否已進入爐內(nèi)以及是否允許下一車物料的進入。否則，系統(tǒng)PLC發(fā)出上料車停車指令。（邏輯圖見圖四） 調(diào)試中發(fā)現(xiàn)：原料鐘檢查點距小料鐘室較近處，意為加快上料速度。但運行中發(fā)現(xiàn)由于受各種因素：如物料重量的變化等影響，在小料鐘有料PLC判斷后發(fā)出指令料車停車時；由于已接近爐頂處，此時料車停車時產(chǎn)生忽高忽低的現(xiàn)象，易產(chǎn)生“沖頂掛車”的現(xiàn)象。實際運行中將其檢查點改在上料車行程的前半部。實際效果：即滿足了生產(chǎn)工藝上料的速度要求；又進一步提高了上料車運行的可靠性、穩(wěn)定性。 （2）“溜車”現(xiàn)象的處理及措施 在運行中，上料車出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象，造成機械設(shè)備損壞致使停產(chǎn)?，F(xiàn)象分析：由于在配料過程中電子稱突然出現(xiàn)較大的誤差，以致于上料車起動時負載突然變大，變頻器內(nèi)部輸出功率組件的換流時間調(diào)整不及時，致使上料車起動后，克服不了負載力矩，經(jīng)過較短時間后形成上料車下滑“溜車”現(xiàn)象發(fā)生。如圖五中機械特性曲線F點所示： 電機起動運行后，正常按曲線2運行至A點，由于負載因素影響，如：負載力矩突然增大，其實際運行仍保持在Z點。此時，變頻器的輸出特性已達到曲線2的特性，在曲線2的作用下，電動機將沿Z點向F點變化，造成上料車下滑“溜車”現(xiàn)象發(fā)生。 通常經(jīng)過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)矩補償功能參數(shù)，增加轉(zhuǎn)矩（IR補償）的方法，可以解決該問題。ACS600系列變頻器兩種控制模式：DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）和SCALAR（標量控制模式），在選用標量控制模式時，轉(zhuǎn)矩補償（IR補償）作用有效。實際運行中因其它因素和功能選擇，控制模式為：DTC，故轉(zhuǎn)矩補償（IR補償）無法實現(xiàn)。 　　 在變頻器的外部控制采取措施：系統(tǒng)PLC發(fā)出起動變頻器指令，同時發(fā)出延時（時間值大小以現(xiàn)場調(diào)試為準）的另一指令以控制機械制動閘在電動機上電時緩開。當變頻器的輸出達到圖六所示的A點時（約15%的額定力矩）：機械制動閘打開，電動機按圖六中V/F特性曲線的A點開始，上料車“溜車”的問題得到解決。 應(yīng)注意的幾點： 　　1、須使用變頻器的轉(zhuǎn)矩補償功能，以適應(yīng)負載變化要求的調(diào)整，其補償?shù)膮?shù)值大小應(yīng)視實際情況確定其值為好。 　　2、若變頻器的轉(zhuǎn)矩補償功能因客觀因素不能使用，應(yīng)采取前述或其它方法，以提高對負載力矩的變化的調(diào)整能力。 　　3、加裝檢測裝置：如編碼器（正、反向檢測）等方法，防止運行中的傷料車出現(xiàn)異常并立即停車。 （3）抗干擾措施 變頻器采用PWM控制逆變技術(shù)電路，其輸出電壓含有較強的高次諧波，極易干擾附近的電子設(shè)備。如對電子稱的采樣電路的干擾，其產(chǎn)生稱量誤差，影響料制的準確性。同時，對變頻器本身的模擬量輸入信號也產(chǎn)生誤差影響。排除干擾采取措施如下： 　　1、設(shè)置進線濾波器（B84143-B320-S20）抑制諧波，濾波器外殼可靠接地。同時電機電纜的金屬屏蔽層接地，抑制干擾。如采用其它三相濾波器須滿足以下要求： 　　A、高次諧波充分削弱 B、正確的電壓額定值 　　C、頻率50/60HZ D、連續(xù)電流： > 1.5Ie 　　E、過載電流： > 1.5 Ie 　　2、控制電纜使用屏蔽電纜，屏蔽一端接地，另一端懸空。電纜走向不要并行敷設(shè)，不應(yīng)放在同一個線槽中，電纜線路相交時要成直角。 　　3、模擬信號的輸入：信號與地之間應(yīng)加鉭電容濾波，其電容的量值以最大限度的濾除諧波為最佳?？捎檬静ㄆ饔^察濾波效果。 　?。?）電動機加、減速時間的設(shè)定 　　 電動機加速時間：電動機從起動到設(shè)定轉(zhuǎn)速的時間，即變頻器輸出頻率由零上升到工作頻率的時間。反之，為電動機減速時間。 　　 在實際調(diào)試中，以此時間值為基準上料車裝料進行調(diào)整。應(yīng)注意兩個問題：一是時間不易過短，否則出現(xiàn)直流制動過電壓保護，變頻器停止輸出。二是要充分使整個上料系統(tǒng)的運行有時間裕量，保證上料量的輸送。因此，實際時間值以現(xiàn)場的數(shù)據(jù)為準。 　?。?）安裝、使用及維護 　　 采用一臺或兩臺變頻器互為備用的方式，應(yīng)視設(shè)備的重要程度而定。根據(jù)實踐：上料車應(yīng)選用兩臺互為備用方案。其轉(zhuǎn)換操作應(yīng)簡潔、可靠、準確互不影響。如果選用一臺變頻器其備用為其它方式，應(yīng)注意兩套方式性能的一致性。同時，也應(yīng)保證其轉(zhuǎn)換可靠、準確。兩臺變頻器應(yīng)作定期的輪換使用，以保證備用機的良好狀態(tài)。要注意對備用機的檢查，防止外界因素、如：鼠害等對其的損壞。 　　變頻器的使用對環(huán)境的震動、灰塵、電磁干擾、腐蝕、溫度等有一定的要求。在安裝時應(yīng)充分注意，如：采用排風扇通風降溫等；平常應(yīng)注意使用環(huán)境，進行內(nèi)部灰塵的清掃，并上電檢查狀況。變頻器的金屬殼體應(yīng)接地良好，其接地電阻小于4歐姆。 　　變頻器的逆變輸出部分：IGBT大功率驅(qū)動模塊，對于三相輸出其有6個大功率晶體管模塊組成，任意一個模塊功率組件的損壞，將導致變頻器不能工作，在其內(nèi)部均有一定的保護措施，使用時應(yīng)在電源進線輸入側(cè)加裝快速熔斷器；電子元器件對電壓的浪涌非常敏感使用時應(yīng)注意所用電源的穩(wěn)定性；完善供電系統(tǒng)的避雷措施。 　　變頻器在實際應(yīng)用中，應(yīng)注意輸出頻率與電動機要求的轉(zhuǎn)速范圍相匹配：既變頻器的頻率輸出與電動機的超、低速運行性能的范圍。通用電動機的超速性能為不高于額定轉(zhuǎn)速的120 % ，小于2分鐘，若時間過長會導致電動機機械性能使用壽命下降。低速運行時，不允許低于額定轉(zhuǎn)速的15%，若運行時間過長，電動機將發(fā)熱嚴重導致電機繞組絕緣老化損害電動機。實際使用時，電動機應(yīng)工作在額定轉(zhuǎn)速70%左右為佳。若轉(zhuǎn)速低于此范圍，可以調(diào)整電動機的極數(shù)來配合。 　　變頻器在上電時，應(yīng)嚴格按照技術(shù)手冊規(guī)定操作。否則，會導致變頻器故障。如：ACS600系列變頻器規(guī)定：接通主電源時不能在10分鐘內(nèi)連續(xù)起動5次。實例之一：調(diào)試中忽略此點，造成內(nèi)部起動電阻發(fā)熱損壞以致于變頻器不能使用。 　　 五、結(jié)束語 高爐上料車傳動系統(tǒng)采用變頻器與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比：改善了設(shè)備的運行條件，延長了機械設(shè)備的使用壽命；運行中更加穩(wěn)定、可靠、準確，實用性能好；節(jié)能效果顯著；系統(tǒng)運行效率高。